制革下脚料提取超短真皮纤维的物理性能及产品开发

钱 程 (嘉兴学院材料与纺织工程学院，嘉兴，314001)

我国传统的制革工业以片蓝皮工艺为主，在整个制革生产过程中，被制成的最终成品仅占原皮质量的50%左右，其他均为制革下脚料［1］。我国作为制革大国，每年约产生140多万吨的皮革边角废弃物(包括含铬皮革废弃物)，几乎占世界的一半。因此，长期以来一直存在着制革业迅速发展的同时，制革固体废弃物数量不断增长的现象。废弃物中大部分是蓝皮修边、削匀等加工时产生的皮渣及皮屑，其主要成分是胶原蛋白，如果不加利用而丢弃，不但浪费资源，而且会严重污染环境。现有利用方式主要有物理和化学方法。物理法［2-4］最早用于生产再生革，由于大量使用黏合剂做加固原料，造成极大二次污染;也有将细小制革废弃物(革屑)用作肥料和饲料，但因含氮量比化肥低，其经济价值较低;近几年将其作为橡胶填充料和木浆联合抄造纸张，但对下脚料的利用率较低。化学法主要采用酸、碱、酶和氧化法［5-6］，用作提取明胶、胶原蛋白和制备复鞣剂、涂饰剂、加脂剂和蛋白填充剂等［7-9］，虽然产品附加值较高，但存在处理复杂、成本高、二次污染和下脚料利用率低的缺陷，造成了大量制革废弃物一直没有得到有效利用。

由于制革下脚料均由胶原纤维组成，即使非常细小的革屑也由很短的纤维构成。由此从纺织的角度对下脚料加以利用，不但利用效率高，对环境污染小，且容易达到产业化水平。本文在这方面进行了初步尝试。

1 试验部分

1.1 原材料和仪器

皮革厂牛皮蓝湿皮下脚料，由浙江卡森实业有限公司提供;ffc-600型皮革废料专用处理器(临沂市河东区大华机械厂)，哈氏切片器(常州第二纺织仪器厂)，YG871型毛细效应测定仪(宁波纺织仪器厂)，JSM-5600LV型扫描电子显微镜(日本JEOL公司)。

1.2 超短真皮纤维的提取

首先筛选蓝湿皮下脚料，然后剪切成条，利用皮革处理器研磨加工，通过摩擦和剪切的加工原理，得到纤维长度为0.01～0.50 cm，呈单根或束状的超短真皮纤维。

1.3 超短真皮纤维及其制品的性能测试

1.3.1 外观性能

利用哈氏切片器，采用四周包羊毛纤维增强的办法制成真皮纤维切片，并采用扫描电子显微镜观察真皮纤维的纵向形态。

1.3.2 吸水性能

将提取纤维充满直径10 mm、长15 mm的PE管，同时将羊毛和蚕丝纤维剪成长度为3 mm，装入同样规格的PE管中做测试对比。按照FZ/T01071—1999《纺织品毛细效应试验方法》，测试在规定时间内，水在PE管中上升的高度和速度。

1.3.3 机械性能

对真皮纤维麂皮绒机械性能进行测试，断裂强力按FZ/T60005—1991标准，撕裂强力按GB/T3917.3—1997 标准，顶破强力按 FZ/T60019—1994标准。测定时，每种样品取5块，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 超短真皮纤维的结构性能

观察超短真皮纤维的结构特征，其横截面及纵向形态分别见图1和图2。

图1 超短真皮纤维横截面图(放大200倍)

图2 超短真皮纤维纵向形态(放大2 000倍)

图1中外圈近似圆形部分为羊毛纤维横截面，中间较少的纤维是超短真皮纤维。可以看出，真皮纤维的横截面呈椭圆形，轮廓不是非常光滑，表明真皮纤维呈胶原纤维束存在，而不是单纤维形态，且单纤维和单纤维之间结合比较紧密。在哈氏切片制作过程中，在挤压力和切割力共同作用下，单纤维之间也没有分离开。

从图2可见，真皮纤维基本成束状存在，进一步验证了图1的结论。沿纵向单根纤维呈束状卷曲集结在一起，可见经铬鞣剂鞣制后纤维之间结合得非常牢固，这种结合力远大于单纤维或束纤维本身的断裂强力。即使在纤维提取过程中，在剪切力和摩擦力联合作用下，纤维首先发生断裂而不是纤维彼此被分离开来。

2.2 超短真皮纤维的吸水性

采用改装的毛细管效应仪进行测试，超短真皮纤维、羊毛和蚕丝纤维的吸水性测试结果见图3。

图3 超短真皮纤维、蚕丝和羊毛纤维的吸水性对比

由图3可以看出：试验刚开始的10 s内，三种材料的吸水速度都很快，之后吸水速度开始明显下降，水在吸管里上升的高度逐渐趋于缓和直至不再吸水。其中，在前5 s羊毛吸水的速度最快，真皮纤维和蚕丝的吸水速度接近。羊毛在12 s时达到吸水饱和，水上升高度为16 mm，直至15 s仍是16 mm;蚕丝虽然开始吸水速度也较快，但8 s之后就几乎不吸水了，最后上升的最大高度为10.2 mm;真皮纤维(铬革屑)开始的吸水速度与蚕丝接近，但随后吸水速度减慢，达到饱和吸水值需更多的时间，直到30 s左右真皮纤维才不再吸水，最后上升的最大平均高度为16.1 mm，与羊毛接近。表明真皮纤维的吸水性能好于蚕丝，与羊毛纤维相近，具有较好的对水浸润性和吸收性。

3 超短真皮纤维制品的开发

3.1 超短真皮纤维绒的制备

由于得到的真皮纤维非常短，难以采用常规纺织方法加工，故尝试采用静电植绒的方法。

在静电植绒时，绒毛是影响超短真皮纤维静电植绒的最主要因素，它的导电性、含水率、分散性、电阻率和飞升性等决定了真皮绒能否在高压电场中均匀飞升。本文在浴比1∶30、温度50℃条件下，对超短真皮纤维进行预处理，以得到长度和线密度均匀的短纤维。然后采用电着剂处理绒毛30 min，经过脱水后在100℃条件下烘干，再经过筛毛而成。制备工艺流程如下：

革屑筛选→粉碎→绒毛预处理→电着处理→干燥→筛选→成品绒毛。

3.2 仿麂皮产品的制备及性能

采用基布为T/C起毛布，面密度为135 g/m2，黏合剂采用低温固化型聚丙烯酸脂胶浆，加入增稠剂、交联剂，再加入氨水调pH值为7.5～8。在国产植绒设备上加工，控制上胶量(湿重)为60 g/m。干燥过程中为保证牢度和不损伤真皮纤维，选用预烘温度为80℃，焙烘温度为120℃，刷毛后产品黏毛量为140 g/m2，最终制成超短真皮纤维麂皮绒，成品面密度为275 g/m2。

所采用的工艺流程如下：

基布→涂黏合剂→静电植绒→预烘→焙烘→刷毛→打磨→成品。

对最终成品的物理性能指标进行测试得到：平均断裂强力为452 N/(5 cm)，顶破强力为550 N，撕裂强力最大值为40.6 N。由于植绒过程中施加了黏合剂，进一步增加了基布的强力，使其强力指标基本接近于超细纤维仿麂皮材料［10］。此外，该仿麂皮产品外表面为真皮纤维组成的绒毛，手感柔软而舒适，与真皮麂皮绒相比，其逼真度极高，非常适合于制作汽车内饰和家具装饰材料。

4 结语

(1)从制革下脚料中提取的超短真皮纤维外观呈束状卷曲态。

(2)超短真皮纤维间结合牢固，结合力远大于单纤维或束纤维本身的断裂强力。

(3)超短真皮纤维的吸湿性与羊毛纤维接近，初始吸水速度，羊毛＞蚕丝＞真皮纤维;达到饱和时的吸水量，羊毛≈真皮纤维＞蚕丝。

(4)采用静电植绒方法成功制成超短真皮纤维麂皮绒产品，其性能接近超细纤维仿麂皮材料。

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